Esperienze laboratoriali nel
campo della Fisica
S. Bussino - Dip. Mat. Fis.
Universita’ Roma Tre
• Introduzione
• La struttura di una scheda di
Esperimento
Roma
11 settembre 2013
Seminario MIUR
Aula Magna Rettorato
Università
Roma Tre
• Esempi di esperimenti svolti al TFA
Roma Tre
• Un esempio in dettaglio
• Conclusioni e prospettive
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Introduzione
• Esperienze semplici
• Materiale “povero”
• Materiale disponibile in un normale
laboratorio
• Coinvolgimento degli studenti
• Possibilita' di sviluppo dell'esperimento
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Esempi di materiale povero
Didattica delle Scienze 251 (2007) 53
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
La struttura di una scheda di esperimento (I)
valutazione
TITOLO
Riassunto
Materia
Parole Chiave
Competenze teorico-pratiche richieste:
Tipo di attività
Categoria
Requisiti di sicurezza
Interdisciplinarietà:
N. Persone
Tempi di realizzazione (ore)
Competenze teorico-pratiche acquisite:
Note di sicurezza:
Scheda
Descrizione
Riferimenti bibliografici
Prove di
Valutazione
Commenti
Valuta il
contributo
Autore:
Proponi (modifiche
integrazioni)
Altre
realizzazioni
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Esempi di esperimenti svolti al TFA Roma Tre
Esperienze suggerite da insegnanti in Licei Scientifici
• Misura del Campo Magnetico Terrestre
• La prima legge di Ohm
• Costruiamo una radio a galena!
• Generatore di Van der Graaff
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Esempi di schede sintetiche (I)
valutazione
Misura della componente orizzontale del Campo Magnetico Terrestre.
Riassunto Si propone di utilizzare il campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente per misurare
la componente orizzontale del campo magnetico terrestre, sfruttando la deflessione indotta da un campo magnetico
esterno sull'ago di una bussola.
(Fisica, Meccanica, Elettromagnetismo, IV anno)
Tipo di attività
Esperimento
Categoria
Laboratorio
povero
Requisiti di sicurezza
Nessuno
N. Persone
3
Tempi di realizzazione (ore)
2h
Note di sicurezza: nessuna
Scheda
Descrizione
Riferimenti bibliografici
Prove di
Valutazione
Composizione di Vettori, Campo Magnetico, Corrente.
Competenze teorico-pratiche richieste:
Composizione di forze; somma di vettori; campo
magnetico; corrente elettrica; campo magnetico e corrente
Interdisciplinarietà:
Magnetismo terrestre; Nord geografico e Nord magnetico
Competenze teorico-pratiche acquisite:
Visualizzazione degli effetti di un campo elettrico creato da
una corrente elettrica; Misura di una quantita' fisica
Commenti
Valuta il
contributo
Proponi (modifiche
integrazioni)
Autore:
S. Bussino: [email protected]
O. Proietti: [email protected]
Altre
realizzazioni
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Esempi di schede sintetiche (II)
valutazione
La prima legge di Ohm.
Riassunto Si propone di misurare la relazione tra differenza di potenziale e corrente elettrica ai capi di una resistenza
( prima legge di Ohm). L'esperienza vuole proporre una analisi dei dati sperimentali a diversi livelli di raffinatezza,
proponibile in un curriculum verticale.
(Fisica, statistica, fenomeni elettrici, circuiti, IV e V anno)
Tipo di attività
Esperimento
Categoria
Strumentazione di Base
Requisiti di sicurezza
Nessuno
N. Persone
3
Tempi di realizzazione
(ore)
2h + 2h
Descrizione
Riferimenti bibliografici
Competenze teorico-pratiche richieste:
1. Relazioni tra grandezze: proporzionalita' diretta;
Corrente elettrica, ddp e circuiti.
2. Derivate; Calcolo del minimo di una funzione; metodo
dei minimi quadrati
Interdisciplinarietà:
Statistica; Matematica (analisi)
Competenze teorico-pratiche acquisite:
Significato di una relazione tra grandezza; Valutazione
della rilevanza dell'analisi statistica dei dati sperimentali
Note di sicurezza: nessuna
Scheda
Circuiti elettrici, Corrente, ddp,
Prove di
Valutazione
Comment
i
Valuta il
contributo
Proponi (modifiche
integrazioni)
Autore:
S. Bussino: [email protected]
O. Proietti: [email protected]
Altre
realizzazioni
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Esempi di schede sintetiche (III)
Costruiamo una Radio a Galena!
valutazione
Riassunto Si propone di costruire una radio a galena, che funzioni senza alimentazione esterna. Gli studenti dovranno
occuparsi: del dimensionamento e dell'acquisto dei componenti necessari, del montaggio della radio, della
sintonizzazione di una stazione radio in Onde Medie
(Fisica, Onde elettromagnetiche, V anno)
Tipo di attività
Esperimento
Categoria
Laboratorio
povero
Requisiti di sicurezza
Nessuno
N. Persone
3
Tempi di realizzazione (ore)
2h + 2h
Descrizione
Riferimenti bibliografici
Competenze teorico-pratiche richieste:
Onde e oscillazioni; Campo Elettrico e Magnetico; Circuiti
Risonanti; Resistenza, Diodo, Condensatore, Induttanza
Interdisciplinarietà:
Trasmissione dell'Informazione (Informatica); Utilizzo storico
delle radio a galena (radio clandestine in periodi bellici)
Competenze teorico-pratiche acquisite:
Utilizzo di componenti di un circuito; Energia trasportata da
un'onda e.m; Informazione trasportata da un'onda e.m.
Note di sicurezza: nessuna
Scheda
Onde; Elettromagnetismo; Onde e.m.
Prove di
Valutazione
Comment
i
Valuta il
contributo
Proponi (modifiche
integrazioni)
Autore:
C. Anelli: [email protected]
S. Bussino: [email protected]
Altre
realizzazioni
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Esempi di schede sintetiche (IV)
Generatore di Van der Graaff
valutazione
Riassunto Si propone di costruire un generatore di Van der Graaff utilizzando una lattina di una bevanda, un elastico
da pacchi, un motorino elettrico recuperato da un elettrodomestico o da un giocattolo. L'esperienza e' di tipo
dimostrativo, con una partecipazione attiva degli studenti
(Fisica, elettrostatica, IV anno)
Carica Elettrica; Induzione elettrica; Generatori
Competenze teorico-pratiche richieste:
Carica elettrica; induzione elettrica
Tipo di attività
Esperimento
Categoria
Laboratorio
povero
Requisiti di sicurezza
Nessuno
N. Persone
3
Tempi di realizzazione (ore)
3h + 2h
Competenze teorico-pratiche acquisite:
Visualizzazione di effetti elettrostatici: scarica, attrazione
per induzione, induzione elettrostatica.
Note di sicurezza: nessuna
Scheda
Descrizione
Interdisciplinarietà:
La generazione di ddp. Generazione di corrente ed
Ambiente. Generatori elettrostatici ed acceleratori:
applicazioni in medicina ed in fisica delle particelle.
Prove di
Valutazione
Riferimenti bibliografici
Didattica delle Scienze 251 (2007) 53
Comment
i
Valuta il
contributo
Proponi (modifiche
integrazioni)
Altre
realizzazioni
Autore:
M. Bionducci: [email protected]
S. Bussino:
[email protected]
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio
Misura della componente orizzontale del
Campo Magnetico Terrestre
Riassunto
Si propone di utilizzare il campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente
per misurare la componente orizzontale del cmpo magnetico terrestre, sfruttando la deflessione
indotta da un campo magnetico esterno sull'ago di una bussola.
(Fisica, Meccanica, Elettromagnetismo, IV anno)
Composizione di Vettori, Campo Magnetico, Corrente
• Esperienza molto semplice
• Connotazione interdisciplinare
• Misura di una quantita' fisica rilevante
• Legami con il programma di Meccanica
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: Materiale
• Una bussola
• Un goniometro e un righello (o un calibro!)
• Un tester (acquistabile anche in ferramenta)
• Un generatore di tensione
(va bene anche un alimentatore per computer)
• Eventualmente qualche resistenza di potenza
(acquistabile in un negozio di componenti elettronici)
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: Procedimento (I)
1. Orientamento della bussola
La bussola viene orientata in
direzione Nord-Sud
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: Procedimento (II)
2. Posizionamento di un filo conduttore
Un filo conduttore viene
posizionato ad una distanza d
al di sopra della bussola, in
direzione Nord Sud
d
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: Procedimento (III)
3. Campo magnetico generato da una corrente
elettrica i che scorre nel filo
utilizzando un alimentatore, si
applica una ddp ai capi del filo e
tramite un tester si misura la
corrente i che scorre nel filo
i
d
x
x
x
x x
x
x
x
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: Procedimento (IV)
4. Deflessione dell’ago della bussola dovuto
all’azione combinata del campo magnetico
terrestre Bterr e del campo esterno Bi
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: La misura di Bterr
• Si misura l’angolo a di deflessione dell’ago della bussola
• Si misura la corrente i che circola nel filo
• Si misura la distanza d tra il filo e l’ago della bussola
Il campo Bi e’ dato dalla relazione (unita’ di misura SI)
0 i
Bi
2 d
Noto Bi ed a si puo’ determinare Bterr
Bterr Bi ctg a
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: setup sperimentale
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: galleria di immagini (I)
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: galleria di immagini (II)
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: galleria di immagini (III)
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: scheda completa
Scheda attività (Upload file) *
Breve descrizione dell’attività proposta,
schema dello svolgimento,
materiali e metodi... (Altro?)
Descrizione dettagliata (Upload file) *
Descrizione dettagliata dell’attività proposta
realizzazione,
supporto teorico
trattamento e analisi dei dati,
sintesi e conclusioni... (altro)
Note storiche
Upload galleria immagini (indicare max spazio)
Note per la realizzazione
Upload video (indicare limite di spazio)
Supporto alle attività di verifica e valutazione dell’attività svolta
Domande per la verifica delle
conoscenze/competenze a-priori
Altre attività di verifica proposte
Domande per la verifica delle
conoscenze/competenze acquisite
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: analisi dei dati
Descrizione dettagliata (Upload file) *
Descrizione dettagliata dell’attività proposta
realizzazione, supporto teorico
trattamento e analisi dei dati,
sintesi e conclusioni... (altro)
(Con d costante ed i variabile)
d (mm)
i (A)
α°
i/α
Bi (T)
14.5
3.25
3.85
42
48
0.077
0.080
4.25
50
5.34
52
Bi/i
Bter (T)
0.44 • 10-4
0.53 • 10-4
0.135
0.137
0.48 • 10-4
0.47 • 10-4
0.085
0.58 • 10-4
0.136
0.48 • 10-4
0.102
0.73 • 10-4
0.136
0.57 • 10-4
(Con i costante e d variabile)
i (A)
d (mm)
α°
i/α
Bi (T)
Bi/i
Bter (T)
4.25
24.5
40
0.106
0.44 • 10-4
0.07
0.40 • 10-4
34.5
32
0.132
0.24 • 10-4
0.05
0.39 • 10-4
44.5
24
0.170
0.20 • 10-4
0.04
0.34 • 10-4
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: note storiche
Note storiche
Campo magnetico e corrente elettrica
• Esperienza di Oersted (1820)
• Esperienza di Faraday (1821)
• Esperienza di Ampère (1820)
Definizione di Ampere (intensita’ di corrente)
Legge di Biot e Savart
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: verifica (I)
Supporto alle attività di verifica e valutazione dell’attività svolta
Domande per la verifica delle
conoscenze/competenze a-priori
Domande per la verifica delle
conoscenze/competenze acquisite
1. Le conoscenze sulla somma di vettori sono
•Sufficienti
• Insufficienti
• Poco chiare
2. Le conoscenze sul campo magnetico terrestre
•Sufficienti
• Insufficienti
• Poco chiare
3. Le conoscenze sul campo magnetico generato da un filo
percorso da corrrente
•Sufficienti
• Insufficienti
• Poco chiare
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio in dettaglio: verifica (II)
Domande per la verifica delle
conoscenze/competenze a-priori
Domande per la verifica delle
conoscenze/competenze acquisite
1. Indica due aspetti che ti sono risultati piu’ chiari dopo aver svolto
la misura del campo magnetico terrestre
……………………………..
……………………………..
2. Indica due aspetti che richiederebbero ulteriore approfondimento
……………………………..
……………………………..
3. Hai qualche suggerimento per migliorare la realizzazione
dell’esperienza?
……………………………………………………….
……………………………………………………….
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Un esempio di collaborazione
I testi precedenti sono stati scritti da un gruppo di
studenti del Liceo Scientifico Enriquez di Roma, che
hanno anche effettuato le misure
Relazione di un gruppo di studenti del
Liceo Scientifico Enriquez - Roma Ostia
Docente: Prof.ssa Orietta Proietti
Esperienze laboratoriali nel campo della Fisica
Conclusione e prospettive
• Si privilegiano esperienze semplici
• Si sottolineano le connotazione interdisciplinare
• La scheda contiene tutte le informazioni necessarie
• Le esperienze possono essere svolte con diversi gradi di
raffinatezza
• Il lavoro svolto con gli studenti aiuta a migliorare le schede di
ciascun esperimento
ha consentito agli
"l’attivita sperimentale consentira allo studente di discutere e
costruire concetti, progettare e condurre osservazioni e
misure, confrontare esperimenti e teorie"
(Indicazioni Nazionali sugli Obiettivi Specifici di Apprendimento)
